你說的是哪種核動力火箭？ 裂變還是聚變？ 常見的核火箭有核脈沖火箭、核電火箭、核熱火箭、核沖壓發動機火箭、核鹽水火箭、核聚變火箭等。以核熱火箭為例，其反應堆結構比陸地小得多基地核電站。 鈾-235的純度要求較高，達到90%以上。 在高比沖要求下，發動機核心溫度將達到3000K左右，要求材料具有優異的耐高溫性能。
如果建起來了……那不是已經建起來了嗎？ NERVA，只不過該計劃被終止了。 如果您想查看有關核熱火箭的詳細討論，請滾動到最后。
下面只討論完全依靠核反應產生能量的火箭發動機。 發電以驅動電力推進的核反應堆將不會被討論。
核脈沖推進的原理非常簡單。 它依靠火箭后面核彈爆炸產生的沖擊波來產生推力。 但問題來了：首先在大氣層中引爆核彈，會產生大量的沖擊波和核輻射，就像原子彈爆炸一樣。 那么在真空中引爆核彈只能產生光子，而不能產生沖擊波。 嚴格來說，使用的是核推進裝置，其中包含核彈和推進劑。 核彈引爆后，推進劑絕熱蒸發，形成等離子體撞擊后面的推進裝置。 板產生推力。
首先，核推進裝置在紅點處爆炸，然后爆炸產生的光子沖擊波到達后面的傘，飛船加速后繩索被收回。 這種航天器的比沖可以達到5萬到10萬秒。 這種結構最大的問題是：在失重環境下打開降落傘會發生什么？
《坎巴拉太空計劃》中有這樣一個MOD。 MOD中的宣傳圖片采用的是真空核脈沖推進火箭。 除此之外，該MOD還包括用于大氣層的核脈沖推進器。
這種火箭最大的技術難點在于核推進裝置的結構核心如何控制爆炸的位置。
核脈沖推進在大氣中的效果如下：
誰敢用這個？
就核沖壓發動機火箭而言，嚴格來說，它們是巴薩德沖壓發動機。 如果我們談論“核沖壓發動機”，這意味著利用核反應產生的能量來加熱空氣（嚴格來說是大氣，因為核沖壓發動機原則上可以在任何有大氣層的行星上使用）并將其向后噴射到產生推力。
巴薩德沖壓發動機最大的問題是，你需要一個直徑幾公里到幾千公里的電磁場，才能從星際物質中收集氫作為聚變燃料。 收集到的氫被電場電離后，用激光點燃使其發生聚變。 目前已研究的沖壓發動機采用質子-質子鏈式反應和CNO循環的聚變反應。
巴薩沖壓發動機
核鹽水火箭使用含有鈾235或钚的溶解鹽水作為燃料。 這些含有核燃料的鹽水儲存在專門設計的容器中。 它們通過幾何結構或中子吸收方法確保它們不會達到核反應所需的臨界質量。 。 這些放射性鹽水被加熱，引起核裂變，并通過噴嘴排出，產生推力。 水在這里既用作中子慢化劑又用作推進劑。 本質上是利用連續核爆炸產生的能量，具有高推力、高比沖的特點。 一般來說，鹽水中溶解的濃縮鈾豐度越高，推力和比沖就越大。 這種火箭發動機最大的問題是如何控制裂變的產生，而且由于這種火箭發動機產生含有裂變核鹽的蒸汽，因此地面測試存在倫理問題。
聚變推進火箭有兩種類型，一種是聚變直噴火箭，另一種是核光子火箭。 聚變直噴火箭的工作原理是這樣的：核聚變產生大量的氦核（α粒子）、質子和電子，通過磁場的引導噴射出來。 它們可以實現高排氣速度和比沖，推力和推重比高于核電推進。 高的。 我為什么不討論驅動電力推進的聚變反應堆？ 因為效率。 融合直噴可以輕松實現高排氣速度。 聚變反應堆轉化為電能有一個轉換效率，電推進的排氣速度遠不如聚變直噴。
目前最完整的研究和示范計劃是代達羅斯計劃，該計劃使用氘和氦3作為聚變燃料。 由氘和氦-3組成的聚變燃料球在慣性約束反應室中被高能電子束點燃而產生聚變。 離子氣體在磁場的約束下以每秒萬公里的速度從船尾排出，作為動力源。 每秒消耗 250 個燃料球。 1978年，英國星際協會公布了代達羅斯計劃的最終計劃。 該計劃提供了有史以來第一個核動力航天器的詳細設計，旨在證明這種可能性。 這是一艘無人飛船，不過這艘無人飛船重達5.5萬噸，相當于半艘尼米茲級核動力航母的重量，其中5萬噸是燃料的重量，而科學儀器的重量只有500噸。 這種航天器只能在軌道上組裝。 組裝300噸重的國際空間站只用了20年。 與此同時，目前的發射成本仍然居高不下。 估計還要看馬斯克的貨BFR能否大幅降低成本。
代達羅斯
核光子火箭利用核反應產生的光子，這些光子被拋物面鏡聚焦，然后噴射以產生推力。 這種推進器的效率低得驚人。 每推力功率為300MW/N。 它需要能量密度極高的電源來提供能量。 即使采用聚變，也需要考慮反應產物和中微子造成的能量損失，這是不實用的。 價值。
最后，是時候討論核熱火箭（NTR）了。 這是研究最多的計劃，并且有一個實驗原型（NERVA），但它仍然被終止。 目前有兩種選擇，一種是核衰變熱火箭，另一種是核裂變熱火箭。
核衰變熱火箭利用放射性同位素熱電發電機（RTG）中放射性同位素衰變產生的熱量加熱工作流體并向外排出以產生推力。 這種發動機的缺點是推力小，工作功率不能改變。 RTG 需要在不加熱推進劑時安全散熱，這與核反應堆不同，核反應堆可以根據需要進行節流和關閉。
接下來是本次回答的重點核熱火箭。 這是一個很長的故事，所以要做好準備。
首先，需要選擇工作流體。 對工作流體的要求是：導熱性能好、易于空間配制、高速轉換效率高。 因此，美國和蘇聯都選擇氫氣作為核反應堆的冷卻劑和火箭的工作流體。 至于為什么《死亡地球》的NTR要用甲烷？ 首先，它是一艘太空戰艦。 它需要在戰斗中調整方向。 其火箭發動機必須考慮推重比和比沖。 甲烷是相對分子質量第三小的氣體（前兩種是氫和氦），而且在火星和土衛六上很容易產生，因此考慮了甲烷。 甲烷作為工質，最大的問題是積碳。 甲烷在高溫下分解成碳和單原子氫。 一旦碳堵住了核心，那就很有趣了。 氨在太空中相對稀缺，但水很容易產生。 小行星和太陽系外行星上有大量的水，因此使用水作為工作流體的NTR也是一個不錯的選擇，而且水不需要擔心推進劑揮發的問題。 ，只要儲水箱能保證水是液態即可。
其次，選擇循環方式，包括開式循環和閉式循環。 閉式循環最大的問題是，如果啟動時氫氣流量不足，控制棒來不及降低反應堆功率，反應堆就無法吸收足夠的熱量，從而導致堆芯熔毀。 美國人首先采用泵相對獨立工作的開式循環進行技術驗證，然后采用閉式循環。
開式循環和閉式循環
無論采用哪種循環方式，噴嘴的技術難點都在于噴嘴冷卻通道的設計和開發。 美國NTR噴嘴由提供。
然后就是NTR的核心：核反應堆。 為了減輕NTR的重量，核反應堆具有體積小、重量輕、功率高的特點，同時保證其安全性。 該反應堆使用豐度90%的武器級高濃縮鈾，并使用熔點更高的二氧化鈾235。 由于核裂變產生快中子，因此它們需要減速成慢中子或熱中子，然后才能撞擊原子核并進行裂變反應。 慢化劑的最初替代品是石墨。 問題是石墨在高溫下與氫氣反應生成甲烷或乙炔，很容易導致積碳。 最終，美速選擇了氫化鋯作為慢化劑。
燃料棒結構的選擇也是一個大問題。 美國人選擇了蜂窩煤結構。 每根鼻血燃料棒上有19個孔，以增加與氫氣的接觸面積，提高冷卻效果。 石墨冷卻支撐單元放置在六個燃料棒的中間。
燃料棒和冷卻支撐單元的表面有一層碳化鋯，以防止部件被氫氣腐蝕。
此外核反應，還需要控制棒和中子反射層。 前者用于功率控制，后者用于將中子反射回裂變堆芯，提高反應效率核反應，降低臨界質量，節省核材料。 NERVA采用旋轉控制棒設計代替插入式控制棒，縮短了反應堆的長度。
還有輻射屏蔽的問題。 中子反射層可作為反應堆堆芯內的第一輻射屏蔽層，可通過增加NTR與構件艙之間的距離并增加額外的輻射屏蔽層來解決。
經過15年的研發和測試，美國人終于拿出了他們的NTR成品：NRX-XE，核反應堆動力，
圖中的四個黃色儲罐是氦氣儲罐，用于在啟動發動機時對氫氣進行加壓。 標記為13的噴嘴是渦輪泵的噴嘴。 一部分氫氣被液氫冷卻后，驅動渦輪泵排出。 97%的氫氣進入反應器，被加熱至高溫，從噴嘴排出。 （所以最終沒有使用閉環……）
試驗結果是：“試驗表明，核動力火箭適合執行太空任務?！?盡管測試結果不佳，NASA的預算還是在1969年被國會削減，核熱火箭項目最終在1972年終止。洛斯阿拉莫斯實驗室1972年的研究表明，使用推力為72的全流閉式膨脹循環NTR kN，液氫流量8.5 kg/s，比沖達到874.8s。
在燃料棒結構方面，蘇聯人采用了更聰明的解決方案：扭曲形鈾燃料棒。 七個燃料棒形成了液態氫的通道。 通道設計成螺旋狀，以增加氫氣的冷卻接觸面積。 蘇聯人還特意把燃料棒做成了上濃下稀的結構。 氫氣從上部進入反應堆堆芯后被迅速加熱。 氫氣加熱到下部后，就不需要那么高的加熱速率（也是為了防止噴嘴過熱）。 燃料棒下部的鈾濃度降低。
又到了聊游戲的時候了。 在“死亡地球”中，你可以選擇核反應堆、火箭噴嘴和渦輪泵的材料，調整各種參數，設計你自己的NTR。
這是創意工坊里非常有名的核熱火箭。 可以看到它大規模使用了碳化鉿陶瓷基材料。 說白了，不是為了耐高溫。 然而這款游戲忽略了制造加工成本（事實上并沒有（忽略游戲中石墨烯非常昂貴），也沒有考慮化學反應和積碳問題，所以這款游戲中的太空戰艦全部使用甲烷作為當然，你也可以在這個游戲中使用水/氫氣/氘化氫作為推進劑，但數據看起來不會那么好。
參考
極好的。 核熱火箭不僅僅是一時興起，而是一個無所畏懼的先驅。 2018.